4.1 主电路硬件设计 ....................................................................................................... 33

4.1.1 主功率开关器件的选择 ................................................................................ 33 4.1.2 交流侧电感的设计 ........................................................................................ 34 4.1.3 直流侧电容的设计 ........................................................................................ 39 4.2 驱动及保护电路的设计 ........................................................................................... 40 4.3 本章小结 ................................................................................................................... 40 结束语 ...................................................................................................................................... 41 参考文献 .................................................................................................................................. 42 致谢 .......................................................................................................................................... 45

三相电压型PWM整流器设计 三相电压型PWM整流器设计

摘 要：随着电网谐波污染问题日益严重和人们对高性能电力传动技术的需要，PWM整流技术引起人们越来越多的注意。三相电压型PWM整流器可以做到高功率因数，直流电压输出稳定，具有良好的动态性能，并可实现能量的双向流动。因此,成为当前电力电子领域研究的热点课题之一。

首先,本文根据三相电压型PWM整流器的主电路拓扑结构，阐述了三相电压型PWM整流器的基本工作原理。

其次,介绍三相电压型PWM整流器的控制方法，深入研究三相电压型PWM整流器的空间电压矢量脉宽调制控制方法，进行三相电压型PWM整流器的PI控制调节器的设计。 然后,进行三相电压型PWM整流器系统的仿真研究，建立主电路、空间电压矢量PWM控制模块及PI控制调节器的仿真模型，进行三相电压型PWM整流器整个系统的仿真。 最后,在对三相电压型PWM整流器工作原理及控制方法进行深入分析的基础上，进行了系统的部分硬件结构和主电路参数设计。

实验结果表明,论文所设计的三相电压型PWM整流器实现了高功率因数运行,解决了传统意义上的整流电路中存在谐波含量大、功率因数低等问题，实现了直流侧母线电压的稳定控制,具有良好的工程实用价值。

关键词：PWM整流器；空间电压矢量；功率因数；仿真

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三相电压型PWM整流器设计 Design of Three-Phase Voltage-Type PWM Rectifier

Abstract:with the growing problem of harmonic pollution and people need high-performance electric drive technology, PWM rectifier technology is causing more and more attention. Three-phase PWM rectifier voltage can be high power factor, DC voltage output stability, good dynamic performance, and can realize two-way flow of energy. Therefore, the field of power electronics has become the hot issue of research.

Firstly, the paper elaborated the basic principle of work for the PWM rectifier according to main circuit topology of three-phase voltage-type PWM rectifier.

Secondly, the paper proposed the three-phase voltage-type PWM rectifier’s control strategy. Based on the control strategy it has studied the space voltage vector pulse width modulation control method as well as designed PI regulator for the three-phase voltage-type PWM rectifier.

Then, the three-phase voltage-type PWM rectifier system simulation, the establishment of the main circuit, the space voltage vector PWM control of the control module and the PI regulator of the simulation model, the three-phase voltage-type PWM rectifier simulation of the entire system.

Finally, according to the entire three-phase voltage PWM rectifier system simulation the article has carried on the hardware and main circuit parameter design. Experimental results show that the paper is designed to achieve three-phase voltage PWM converter with high power factor operation, to solve the traditional sense of the rectifier harmonic content present in a large, the low power factor and energy problems cannot be feedback to achieve the energy two-way flow and a stable DC bus voltage control has good practical value. Keywords: PWM rectifier; space voltage vector; power factor; simulation

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三相电压型PWM整流器设计 第1章 绪论

1.1 引言

在现代工业、交通、国防、生活等领域中，很多场合需要大量各种类型的变流装置，这些变流装置将一种频率、幅值、相位的电能变换为另一种频率、幅值、相位的电能，使得用电设备处于理想工作状态，或者满足用电负载某些特殊要求，从而获得最大的技术经济效益。当今，经过交换处理后再供用户使用的电能在全国总发电量中所占的百分比，已经成为衡量一个国家技术进步的主要标准之一。

晶闸管(SCR)在美国的问世标志着电力电子技术的开端，我国上世纪70年代将其列为节能技术在全国推广。晶闸管是一种只能控制导通而不能控制关断的半控型开关器件，其在交流传动和变频电源领域中的应用受到了一定的限制。功率半导体开关器件性能的不断提高，从早期广泛使用的半控型功率半导体开关，发展到如今性能各异且类型诸多的全控型功率开关，如双极型晶体管(BTT)、门极关断晶闸管(GTO)、绝缘栅双极型晶体管 (IGBT)、集成门极换向晶闸管 (IGCT)、功率场效应晶体管(MOSFET)以及场控制晶闸管(MCT)等。而20世纪90年代发展起来的智能型功率模块(IPM)则开创了功率半导体开关器件的发展方向。功率半导体的进步促进了电力电子变流技术的迅速发展，如变频器、逆变电源、高频开关电源等，这些变流装置在国民经济中得到广泛应用。但是这些变流装置大部分都需要整流环节，以获得直流电压。常规的整流环节一般采用二极管不可控整流或晶闸管相控整流，并且输出侧常使用大电容或大电感滤波来降低纹波。

传统的整流装置在引起谐波的同时，也会引起系统无功功率的大量流动。无功功率的增加不仅增加线路损耗，降低发电量和用电设备的利用率，而且冲击性的无功负载，还会使电网电压产生剧烈波动，严重影响供电质量。

二极管整流电路简单、经济可靠。因此它的应用十分广泛，但是这种整流器的广泛使用也带来了以下几个方面的问题：

1.二极管整流会使网侧电流波形严重畸变，造成功率因数较低，最高功率因数只可能为0.8 左右。大量无功功率的消耗会给电网带来额外的负担，不仅增加了输电线路的损耗，而且严重地影响了供电质量。

2.对二极管整流器输入电流的频谱进行分析，发现输入电流中含有丰富的低次谐波电流。

3.对于交流变频调速系统，由于二极管的单向导电性，电机制动的再生能量无法回

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